摘要：通过降低主汽压、真空，低转速下暖机等一系列运行优化措施，成功克服了某电厂#5机组冲转时汽轮机高压内缸上下缸温差超限的安全隐患，避免了机组冲转过程中缸温超限导致机组主设备损坏的事故，为机组频繁启动积累了良好的经验，确保了机组的安全运行。
关键词：冲转、上下缸温差
一、引言
汽轮机启动、停机和负荷变化时，由于蒸汽对各部件的放热程度不同，使得汽缸、转子在径向和轴向上都会产生温差，从而产生热变形，使通流部分的间隙发生变化而导致摩擦，严重时，可能造成设备的损坏。
汽缸上下缸存在温差，将引起汽缸的变形。通常是上缸温度高于下缸温度，因而上缸变形大于下缸变形，引起汽缸向上拱起，发生热翘曲变形，称为猫拱背。汽缸的这种变形使下缸底部径向间隙减少甚至消失，造成动静部分摩擦，尤其当转子存在热弯曲时，摩擦的危险更大。上下缸温差沿轴向也并不一样，其最大值通常在调节级区域内，所以要严格监视上下缸温差，以免造成动静部分摩擦。【1】因此汽轮机厂在机组启动冲转时对上下缸温差一般有硬性要求，防止汽缸上下缸温差过大，造成设备损坏。
二、概况
某厂#5、6机组汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的N300-16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、凝汽式汽轮机发电机组。来自锅炉的主蒸汽经过2 根主蒸汽管分别到达汽轮机两侧的主汽阀和调节汽阀，并经由 4 根挠性导汽管进入设置在高压缸内的蒸汽室。4 根导汽管对称地接到高中压外缸上、下半各 2 个进汽管接口。机组同时具备高压缸启动、高中压缸联合启动功能，因高中压缸联合启动具有冲转前汽压汽温易控制，暖机效果好、防止锅炉再热器干烧等优点，该厂#5、6机启动过程中一直使用高中压缸联合启动方式进行冲转。上汽厂家要求高中压内缸上下缸温差达42℃时机组禁止启动。
三、事件经过
以2017年1月3日#5机组启动为例，机组使用高中压缸联合方式冲转。03:09分，#5机组各参数符合冲转条件：主汽压4.4MPa，主汽温331℃，再热汽压0.2MPa，再热汽温323℃，凝汽器真空-87kPa，高压内上缸缸温56℃，内下缸缸温55℃，温差1℃。机组挂闸，确认阀门位置正常后，机组以中压调门控制方式进行升速，升速至600r/min进行摩擦检查。经120秒计时后自动进行阀切换，由中压调门切换至高压主汽门-中压调门共同控制转速，经全面检查听音正常后，3:20:07机组以200rpm/min速率升速至2040r/min。转速升高至700 r/min后，高压内下缸缸温开始出现跳跃式快速升高，但上缸温度温升较慢，缸温开始拉大。3:22:08，机组转速1113 r/min，高压内上缸温70.9℃，内下缸温114℃，温差42.1℃，超过厂家规定的42℃机组禁止启动值，打闸机组。如图1所示，黄色曲线为机组转速，红色曲线为机组高压内上缸温度，蓝色曲线为机组高压内下缸温度。打闸后，随着机组转速下降，高压内下缸温也降低，上下缸温逐渐差缩小。
为了更好的做好数据统计，以便分析原因，对近年来#5机冷态启动时高压内缸上下缸温度做了统计，如表1所示。由数据统计得出，该厂#5机在冷态启动冲转时多次出现高压内缸上下缸温差拉大的情况，主要表现为高压内下缸半金属温度上升速度比上缸快，造成高压内下缸半金属温度比上缸金属温度高，从而形成缸温差，缸温差多次超出厂家要求的规定值42℃。该厂#5机组冷态启动冲转时存在着极大的安全隐患。
四、原因分析
1.由于缸温表现为高压内下缸半金属温度上升速度比上缸快，如图1所示，蓝色高压内下缸温度曲线比红色曲线高压内上缸温度升速率明显高很多，且下缸缸温上升时呈跳跃状上升，每次跳跃幅值约20℃，具体数据见表2 #5机冲转过程参数统计表。根据此现象分析，怀疑为冲转时机组真空过高所致。真空过高，高压缸的第一级疏水、高压外缸疏水、一抽逆止门前疏水对进入汽轮机的蒸汽形成极大的抽吸力，蒸汽来不及加热上缸即被抽走，使上缸得不到充分的加热，缸温上升缓慢；而大量的疏水和水蒸汽在下缸流动，对下缸形成剧烈的加热，使下缸温度急剧跳跃上升。
2.主汽压力过高。从图1可以看出，3:19至3:22，升速后三分钟，高压内上缸缸温从58℃上升到64℃，温升只有6℃，而此时下缸温度已从58℃上升到100.7℃，温升40℃。由此判断进入汽轮机的蒸汽量较少，没有对高压内上缸进行有效的加热，使得高压内上缸缸温升十分缓慢。600r/min阀位切换后，汽轮机转速由IV-TV控制。该厂的主汽阀内有一启动小阀，其通流能力约为 25%额定蒸汽流量，在600r/min升速到2040r/min状态下，主汽阀通过启动小阀控制进入高压缸的蒸汽，以精准控制转速。查阅曲线得知，冲转时主汽压力4.3MPa，高于规程所要求的3.5-4.0MPa。由于主汽压力偏高，DEH为控制机组转速按规定升速率升速，只稍微开一点高压主汽门，此时启动小阀开度只有2-3%左右，高压缸进汽量极少，无法形成对汽缸有效加热，所以导致上缸缸温升极慢。
五、防范措施
根据原因分析情况，从运行控制操作方面进行了总结分析，采取了一系列的措施，保证机组冲转时的安全。
1．尽快投入轴封，利用轴封蒸汽对汽缸进行初步加热。
2．控制冲转汽温不超过330℃，减缓下缸温升跳跃幅值。
3．适当降低机组冲转真空，提高转子旋转阻力，在维持同样的转速下，使主汽门开度更大，进入汽缸的蒸汽量更多，提高高压内上缸的热交换能力，使高压内上缸温升加快。
4．适当降低主汽压，因主汽压力越高，高压主汽门开度就越小，高压主汽门的节流就越严重，进入高压缸的蒸汽焓降就越大，放热后蒸汽温度越低，高压内上缸温升越慢，适当降低主汽压，增加高内缸上缸的加热效果，能降低上下缸温差。
5．采用低速率升速，在低转速下稍作停留，适当暖机。通过对以往启动参数的分析和总结，发现冲转前高内上缸温度在100℃以上时，冲转时缸温差呈缩小态势，通过摸索尝试，600r/min IV-TV阀切换完成后，改变以往直接200r/min升速率直接升至2040r/min的方式，先以50r/min的升速率将机组转速缓慢升高至1100r/min，待高压内上缸温度加热至100℃以上，再以200r/min的速率升高到2040r/min进行暖机。在1100r/min转速也避开949-1011r/min和1410-1611r/min这两个临界转速，确保低速暖机时机组振动安全。
经过一系列的运行优化调整后，2017年5月25日#5机组冷态启动过程中，高压内缸缸温差得到了良好的控制，如下图2所示，红色和蓝色为高压内缸上下缸温度，最大缸温差控制在32℃以内，远低于42℃的启动报警限制值，机组顺利通过一阶转速，为后续机组并网发电奠定了良好的基础。
五、结语
通过制定一系列的运行优化措施，该厂成功克服了#5机组冲转时高压内缸上下缸温差超限的安全隐患，避免了机组冲转过程中缸温超限导致机组主设备损坏的事故，为机组频繁启动积累了良好的经验，确保了机组的安全运行。
参考文献
汽轮机设备运行/《火力发电职业技能培训教材》编委会编.-北京:中国电力出版社，2005.1
论文作者:黄维绍
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/19
标签：机组论文; 高压论文; 温差论文; 转速论文; 汽轮机论文; 温度论文; 蒸汽论文; 《当代电力文化》2019年第09期论文;